[发明专利]一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法

权利要求书

1.一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：用化学气相沉积法在硅(001)晶圆上外延生长一层锗缓冲层；

S2：利用金属有机物化学气相沉积或分子束外延设备或其他的三五族半导体外延生长设备，在所述锗缓冲层上外延生长一层掺杂的砷化镓缓冲层，用作VCSEL的下电极；

S3：利用化学气相沉积法在砷化镓缓冲层上沉积一层二氧化硅或氮化硅薄膜；

S4：利用曝光和刻蚀方法，在所述二氧化硅或氮化硅薄膜中制作VCSEL外延生长的掩膜图案；

S5：利用金属有机物化学气相沉积或分子束外延设备或其他的三五族半导体外延生长设备，在掩膜图案上外延生长VCSEL的整体外延结构；

S6：在生长出的VCSEL的整体外延结构上利用通常的VCSEL制作工艺完成VCSEL的制作。

2.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述锗缓冲层不超过1微米。

3.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述掩膜图案的开口尺寸与VCSEL相同，掩膜的开口中暴露出来砷化镓缓冲层表面。

4.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述的硅(001)晶圆应具有一定的晶向斜切角度，使其表面具有双原子台阶；或经过表面热处理后可以形成双原子台阶，并将双原子台阶特征继续传递到锗缓冲层的表面，进而能够在外延生长砷化镓缓冲层时抑制反相畴的形成。

5.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述的锗缓冲层能缓解晶格失配，多数的位错缺陷都局域在锗缓冲层与硅衬底的界面处，其表面的穿透位错密度不高于1×10⁷cm^-2。

6.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法其特征在于，所述的砷化镓缓冲层与锗缓冲层晶格失配小于0.1％，其中的穿透位错密度不高于锗缓冲层，且没有反相畴、层错晶格缺陷。

7.根据权利要求6所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法其特征在于，砷化镓缓冲层应为N型或P型掺杂，使其可以充当VCSEL的电极接触层。

8.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，用步骤S3和S4制作的二氧化硅或氮化硅掩膜图案的尺寸与将要制作的VCSEL器件尺寸一致，其尺寸的取值范围为1微米至100微米。

9.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，掩膜图案的排布亦与VCSEL阵列一致。

10.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，步骤S5中外延生长VCSEL的整体外延结构包括上下两个布拉格反射镜和VCSEL的量子阱有源区以及电极接触层，与通用的VCSEL外延结构相同；

要制作的VCSEL将在二氧化硅或氮化硅掩膜图案的开孔部位，即暴露出的砷化镓表面外延生长，VCSEL的三维形状将由掩膜图案定义并实现，其中VCSEL的底部电极可由最初外延生长的砷化镓缓冲层充当。